В новом исследовании, результаты которого опубликованы в издании «Cell» 28 декабря 2017 г., впервые сообщается об объективных причинах, по которым микроэлемент селен, описанный около 200 лет назад, является незаменимым для нормального функционирования организма млекопитающих и, в том числе, человека. Так, учеными установлено, что, являясь основой фермента глутатионпероксидазы-4 (GPX4), селен проявляет нейропротекторные свойства, препятствуя деградации клеток нервной ткани в постнатальный период развития организма.
Микроэлемент селен впервые был открыт около 200 лет назад шведским ученым Йонсом Якобом Берзелиусом (Jöns Jacob Berzelius) и получил свое название в честь древнегреческого божества Луны, Селены. В настоящее время селен широко применяют в химической промышленности, производстве полупроводников и тонеров. Наряду с этим известны эссенциальные функции, выполняемые этим микроэлементом в организме людей, многих животных и некоторых бактерий. Однако в недавнем исследовании командой ученых во главе с доктором Маркусом Конрадом (Marcus Conrad), руководителем исследовательской группы Института генной инженерии Центра имени Гельмгольца в Мюнхене (Institute of Developmental Genetics (IDG) at Helmholtz Zentrum München), Германия, впервые было установлено, почему селен играет лимитирующую роль в жизнедеятельности млекопитающих и человека.
На протяжении нескольких десятилетий проводили интенсивные исследования механизмов нового типа гибели клеток, известного как ферроптоз. Выяснено, что ферроптоз является подтипом программируемой окислительной некротической клеточной гибели, который характеризуется железозависимым перекисным окислением липидов. Кроме того, было установлено, что в изучаемых процессах ведущую роль играет фермент GPX4, обычно содержащий селен в виде аминокислоты селеноцистеина.
«В своей работе, — объяснил доктор М. Конрад, — с целью более углубленного изучения роли фермента GPX4 на лабораторных мышах мы разработали экспериментальную модель с модификацией функциональности GPX4, после чего провели всестороннюю оценку наблюдаемых физиологических изменений. Так, установлено, что замена селена на серу в составе фермента GPX4 приводила к сокращению продолжительности жизни животных, обусловливая развитие неврологических осложнений и последующие летальные исходы в течение 3 нед с момента модификаций».
В поиске основополагающих причин подобных явлений исследователям удалось идентифицировать взаимосвязь между сокращением вплоть до отсутствия особой субпопуляции специализированных нейронов головного мозга и отсутствием селенсодержащей формы GPX4. Ведущий автор работы Ирина Ингольд (Irina Ingold) отметила, что в ходе дальнейших наблюдений удалось установить, что эти нейрональные клетки действительно были утрачены уже во время постнатального развития, и это объяснялось наличием серы в составе указанного фермента, в отличие от необходимого селенсодержащего энзимного комплекса GPX4.
Кроме того, получены доказательства того, что ферроптоз обусловлен процессами окислительного стресса, который, как известно, имеет место, например, при высокой метаболической активности клеток и высокой активности нейронов.
Таким образом, в проведенном исследовании было впервые убедительно продемонстрировано, что селен является эссенциальным фактором нормального постнатального развития группы специализированных нейронов и в составе GPX4 выполняет нейропротекторные функции в условиях окислительного стресса, предотвращая гибель нейронов в результате ферроптоза.
Результаты проведенной работы объясняют, почему отдельные селенсодержащие ферменты необходимы для одних живых организмов, включая млекопитающих, в то время как для других (грибы, высшие растения) они необязательны. Перспективой будущих исследований коллектив ученых во главе с М. Конрадом видят изучение причин и механизмов инициации ферроптоза в клетках. При этом в качестве долгосрочной цели исследователи представляют выяснение роли ферроптоза в патогенезе множества болезненных состояний. Это, по мнению авторов, в будущем позволило бы существенно расширить современные представления о возможностях терапии таких сложнейших патологий, как онкологические и нейродегенеративные заболевания.
- Ingold I., Berndt C., Schmitt S. et al. (2017) Selenium utilization by GPX4 is required to prevent hydroperoxide-induced ferroptosis. Cell, Dec. 28 [Epub. ahead of print].
- Helmholtz Zentrum München — German Research Center for Environmental Health (2017) Selenium protects a specific type of interneurons in the brain. ScienceDaily, Dec. 29 (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171229095132.htm).
Наталья Савельева-Кулик
